In this study, fatigue growth behavior of the transverse crack, which was the most dangerous damage among the various types of rail defects, was investigated using the notched keyhole specimen under constant amplitude loadings. Fatigue limit of smooth specimen in rail steel at R=0 was 110MPa, and the fatigue crack initiation life in the region of the low stress amplitude (ie. long life) occupied the major portion of the total fatigue life. The fatigue strength under variable amplitude loading was converted to the equivalent fatigue strength based upon. Miners rule, which was estimated approximately 9% lower than that under constant amplitude loading. Also, in the low ΔK(sub)rms region ($\leq$21MPa√m), fatigue crack growth rate (da/dN) under constant amplitude loading was higher than that under variable amplitude loading, whereas the tendency was reversed in the high ΔK(sub)rms region. It is believed that this behavior is due to the transition of fracture appearance.
The growth behavior of the transverse crack, which was one of the most dangerous damages of rail defects, was investigated under mode I and mixed mode loading in rail steel. In the case of variable amplitude loading, the fatigue crack growth behavior was discussed using characteristic stress intensity factor ranges ${\Delta}_{rms}$. In addition, characteristic comparative stress intensity factor ranges ${\Delta}_{V,rms}$ was proposed to evaluate the quantitative effects of the variable amplitude under mixed mode loading. As a result, crack growth rate under variable amplitude loading was faster than that under constant amplitude loading.
Crack closure and growth behavior of physically short fatigue cracks under random loading are Investigated by performing narrow- and wide-band random loading tests for various stress ratios. Artificially prepared two-dimensional, short through-thickness cracks are used. The closure behavior of short cracks under random loading is discussed, comparing with that of short cracks under constant-amplitude loading and also that of long cracks under random loading. Irrespective of random loading spectrum or block length, the crack opening load of short cracks is much lower under random loading than under constant-amplitude loading corresponding to the largest load cycle in a random load history, contrary to the behavior of long cracks that the crack opening load under random loading is nearly the same as or slightly higher than constant-amplitude results. This result indicates that the largest load cycle in a random load history has an effect to enhance crack opening of short cracks.
This paper describes an experimental study on the seismic performance of steel reinforced concrete (SRC) T-shaped columns. The lateral loads were applied along the web of the column with different loading histories, such as monotonic loading, mixed loading of variable amplitude cyclic loading and monotonic loading, constant amplitude cyclic loading and variable amplitude cyclic loading. The failure modes, load-displacement curves, characteristic loads and displacements, ductility, strength and stiffness degradations and energy dissipation capacity of the column were analyzed. The effects of loading history on the seismic performance were focused on. The test results show that the specimens behaved differently in the aspects of the failure mode subject to different loading history, although all the failure modes can be summarized as flexural failure. The hysteretic loops of specimens are plump, and minimum values of the failure drift angles and ductility coefficients are 1/24 and 4.64, respectively, which reflect good seismic performance of SRC T-shaped column. With the increasing numbers of loading cycles, the column reveals lower bearing capacity and ductility. The strength and stiffness of the column with variable amplitude cyclic loading degrades more rapidly than that with constant amplitude cyclic loading, and the total cumulative dissipated energy of the former is less.
The characteristics of fatigue cumulative damage and fatigue life of 8-harness satin woven CFRP composites with a circular hole under constant amplitude and 2-level block loading are estimated by Stochastic Makov chain model. It is found in this study that the fatigue damage accumulation behavior is very random and the fatigue damage is accumulated as two regions under constant amplitude fatigue loading. In constant amplitude fatigue loading the predicted mean number of cycles to a specified damage state by Markov chain model shows a good agreement with the test result. The predicted distribution of the fatigue cumulative damage by Markov chain model is similar to the test result. The fatigue life predictions under 2-level block loading by Markov chain model revised are good fitted to the test result more than by 2-parameter Weibull distribution function using percent failure rule.
In this study, to investigate and to predict the crack growth behavior under variable amplitude loading, crack growth tests are conducted on 7075-T6 aluminum alloy. The loading wave forms are generated by normal random number generator. All wave forms have same average and RMS(root mean square) value, but different standard deviation, which is to vary the maximum load in each wave. The modified Forman's equation is used as crack growth equation. Using the retardation coefficient D defined in previous study, the load interaction effect is considered. The variability in crack growth process is described by the random variable Z which was obtained from crack growth tests under constant amplitude loading in previous work. From these, a statistical model is developed. The curves predicted by the proposed model well describe the crack growth behavior under variable amplitude loading and agree with experimental data. In addition, this model well predicts the variability in crack growth process under variable amplitude loading.
Newmark방법과 같은 직접시간적분법은 시간증분 구간 사이에서 하중이 변하더라도 하중값을 그 시간 구간에서 일정한 하중으로 사용하기 때문에 일정진폭하중과 같은 연속적인 하중함수를 불연속적인 하중함수로 가정하고 수치계산을 수행한다. 따라서 이러한 하중함수의 근사에 따른 오차로 인하여 정확한 수치결과를 계산할 수 없다. 이에 반해, Gurtin의 변분식 에 기초한 유한요소방정식은 하중함수를 시간이력에 대하여 합성적분하여 계산한다. 따라서 시간증분 구간에서 하중이 변하더라도 연속적인 하중함수의 곡선을 따라 가면서 계산하기 때문에 신뢰할 수 있는 수치결과를 구할 수 있다. 본 논문에서는 1차원 막대의 자유단에서 일정진폭하중을 받는 문제를 수치해석하여 Gurtin방법이 Newmark방법 보다 일정진폭하중을 받는 문제에 더 적합한 방법임을 보인다. 또한, Gurtin방법이 일정한 하중을 받는 문제보다 일정진폭하중을 받는 문제에 더 효과적인 방법임을 보인다. Gurtin방법을 FORTRAN으로 프로그래밍하여 해석한 수치결과와 해석용 소프트웨어인 ADINA의 Newmark방법에 의한 수치결과를 비교하여 제시된 수치해의 정확성과 타당성을 검증한다.
This study is concerned with the application of an analytical model of cyclic crack growth that includes the effects of crack closure. The crack closure model is based on the Dugdale model and the strip model, considering the plasticity-induced closure which is caused by residual plastic deformation remaining in the wake of an advancing crack. This study is performed to get the relation between crack growth and crack opening stress with the constant stress ratio, and the relation between stress ratio and crack opening stress with the constant maximum stress under constant-amplitude loading. Under constant-amplitude loading, the crack opening stress is conversed the constant value as a crack grows and is proportion to both the stress ratio and the maximum stress. The crack closure effect, however, is decreased in the positive stress ratio and disappeared at about 0.7. The crack growth analysis using the crack closure model shows that the influence of stress ratio is minimized in the relation between crack growth ratio and effective stress intensity range specially at the negative stress ratio.
The most fatigue tests carried out under the either stress or strain control, but machines and structures had taken variable stress. This variable stress was treated as statistics based on p-type distributions. In this paper, the cumulative fatigue damage of SM45C round bar specimens having a center hole resulting from block loading with p-distributions in rotating bending conditions, is presented. The value of p was changed in the range from 0.25 to 1; 0.25, 0.5, 0.75, 1. The following conclusions were obtained through the constant stress amplitude experiments and the block loading experiments. (1) In constant loading test, fatigue life was affected by cyclic rate. From experimental data, N$_{f}$ (100cpm)/N$_{f}$(3000cpm)equal to 0.56. (2) In case of the cyclic rate 100cpm and 3000cpm, at the high stress amplitude level the crack propagation life N$_{*}$f is longer than the low stress amplitude level. (3) Miner's hypothesis may be valid for p=0.75 and prediction of fatigue life by Haibach's method agree with experimental data well for the case p=0.5, while the modified Miner's method agree with experimental data well for the case p=0.25.5.
Crack closure and growth behavior of physically short fatigue cracks under random loading are investigated by performing narrow- and wide-band random loading tests for various stress ratios. The importance of the crack closure phenomenon is examined by predicting the growth lives of short cracks using obtained crack opening behavior. Artificially prepared two-dimensional, short through-thickness cracks are used. The crack opening load of short cracks is much lower under random loading than under constant-amplitude loading corresponding to the largest load cycle in a random load history. This result indicates that the largest load cycle in a random load history has an effect to enhance crack opening of short cracks. Most of the life prediction ratios are within the factor of 2 scatter band except several data at very short crack sizes, indicating that crack growth predictions based on the measured crack opening data are excellent. From the results obtained in this study, it can be concluded that crack closure is the primary factor governing fatigue crack growth of short cracks under random loading as well as under constant-amplitude loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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